Клетки человека запрограммировали на выполнение вычислений

Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме создали способ, позволяющий человеческим клеткам обрабатывать информацию и принимать автономные решения подобно компьютерным системам. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Аспирантка Керен Роас и доктор Лиор Ниссим разработали искусственные генетические системы, которые функционируют внутри человеческих клеток и могут выполнять сложные программы, используя значительно меньшее количество генетических компонентов, чем предыдущие варианты.

Традиционные генетические схемы требуют добавления новых уровней вычислений для каждой дополнительной инструкции, что приводит к снижению производительности и надежности по мере усложнения системы. Новый подход решает эту проблему за счет использования естественного процесса транс-сплайсинга РНК, при котором фрагменты генетической информации соединяются непосредственно в клетке.

Исследователи создали специальные молекулярные инструменты, действующие как биологические процессоры, которые одновременно обрабатывают несколько сигналов и выполняют сложные вычисления. В качестве демонстрации технологии команда разработала биологический «полный сумматор», выполняющий бинарные вычисления по аналогии с трехбитным блоком компьютерного процессора. Также был создан биологический мультиплексор, который выбирает один сигнал из нескольких вариантов и направляет его дальше, отслеживая его с помощью флуоресцентных белков.

Система имеет встроенную функцию безопасности, которая подает предупреждающий сигнал при обнаружении неверной или перегруженной конфигурации. В ходе исследования ученые запрограммировали клетки на выработку интерлейкина-15 — белка иммунной системы, повышающего активность клеток, борющихся с раком.

Ученые планируют использовать разработанную технологию для создания терапевтических клеток, которые будут отслеживать наличие маркеров заболеваний и запускать лечение при обнаружении определенных комбинаций. Это позволит более точно воздействовать на пораженные ткани и снизить риск повреждения здоровых клеток. Будущие лекарства на основе этого метода могут разрабатываться по принципу программного обеспечения, использующего биологический код для управления поведением клеток.